Лазерный станок по металлу чем режет

Каким газом лучше резать металл на лазерном станке: азот, кислород или воздух?

Лазерная резка металла не обходится без вспомогательного газа. Его подают в зону реза в сжатом виде, для чего используются специальные сопла. При резке металла лазером материал в месте воздействия расплавляется оптическим лучом, а с помощью потока газа удаляются излишки расплава, пары металла. Важно, чтобы сохранялся четкий контур. Помимо этого, вспомогательный газ выполняет еще несколько функций:

• охлаждение краев разреза, благодаря чему отсутствуют тепловые деформации, и это является одним из основных преимущества лазерной резки;
• защита оптики излучателя от расплавленного металла;
• сжатый газ в зародыше гасит возможность образования плазмы, которая может неконтролируемо изменять параметры резки.

Если использовать инертный газ, края разреза отсекаются от воздействия воздуха. Активный газ наоборот, включается в тепловую реакцию и ускоряет процесс резки.

В какой среде режут металл лазером

При лазерном раскрое металла применяется несколько видов газов:

• кислород — активный газ, ускоряет реакцию окисления;
• аргон, гелий, другие вещества из этой группы — они являются инертными газами, не взаимодействуют и препятствуют окислению;
• азот — его можно назвать условно инертным газом, поскольку он вступает в химические реакции, образует соединения, но не участвует в процессе окисления.
• атмосферный воздух.

Каждый вид газов имеет свои преимущества и недостатки. Чистые инертные газы используются редко в силу своей дороговизны. Чаще всего применяют кислород, азот и сжатый воздух. Выбор зависит от параметров обработки, вида металла.

Кислород и азот закачиваются под давлением в газовые баллоны, каждый в свои, хотя существуют и другие способы хранения. Для подачи газа в зону реза достаточно установить на баллон редуктор для регулировки давления, и соединить его шлангом со станком.

Атмосферный воздух подается при помощи компрессора, с помощью которого в магистраль нагнетается нужное давление. Обычно это несколько атмосфер. При использовании сжатого воздуха необходима эффективная система очистки. Примеси масла, частицы воды оседают на защитном стекле лазерной головки, что делает его менее прозрачным. В конечном итоге светопроницаемость стекла быстро снижается, его приходится менять. Помимо стекла загрязняется вся воздушная магистраль.

Воздух используется еще и в пневматических системах, а не только для резки. Как правило, лазерные станки по металлу поставляются со встроенной системой очистки воздуха, предназначенного для пневматики, поэтому дополнительные фильтры не нужны.

Каким газом лучше резать металл, кислородом или азотом

С экономической точки зрения выгоднее кислород. Азот обходится дороже. В технологическом плане все зависит от того, какой металл подлежит раскрою.

Кислород

Эти газ является окислителем, он участвует в экзотермических реакциях и действует как катализатор. С увеличением количества выделяемого тепла ускоряется процесс резки, станок работает эффективнее и быстрее.

Но действие окислителя распространяется и на кромки, а это крайне нежелательно. Если точно рассчитать параметры, этот побочный эффект при обработке черной и низколегированной стали можно нивелировать. При раскрое нержавеющей стали процесс контролировать значительно сложнее.

Под действием высоких температур и избыточной концентрации кислорода металл кромки окисляется, и попросту горит, при этом весьма вероятен прожиг материала. Соответственно, металл теряет свое главное свойство — противостоять коррозии. То есть лазерная резка нержавеющей стали в кислородной среде не позволяет добиться качественного раскроя и превращает материал кромки из нержавейки в ржавейку.

Этот газ считается условно инертным, его содержание в атмосферном воздухе превышает 70%, поэтому получать его легко. В отличие от аргона он соединяется с другими веществами, участвуют в химических реакциях. Инертными его считают, потому что он не является окислителем, горения, и образования плазмы в среде азота не происходит. Этому способствует охлаждение металла в зоне реза и эффективное удаление расплава. С помощью азота разрезают следующие материалы

• нержавеющая сталь;
• высоколегированная сталь;
• никель:
• алюминий.

Азот позволяет обрабатывать и черные металлы, но здесь он сильно уступает по производительности кислороду. Процессом окисления, вызываемым кислородом, можно пренебречь, поскольку нержавеющих свойств изначально не было, и сохранять нечего.

Существуют материалы, которые невозможно качественно разрезать азотом, не говоря уже о кислороде. Один из них — достаточно распространенный в определенных сферах титан. Азоту не хватает инертности, он вступает с титаном в реакцию, и в итоге начинает крошиться, меняет свойства и структуру. В данном случае необходим газ с более выраженными нейтральными свойствами, каким является аргон. Он не взаимодействует ни с какими материалами.

Если использовать сжатый воздух

Лазерная резка металла в среде атмосферного воздуха не обладает преимуществами азотной и кислородной резки. Основное достоинство — экономическая выгода за счет доступного сырья. Достаточно обзавестись компрессором и закачивать бесплатный воздух. Но не все так просто.

Во-первых, скорость резки в воздухе немного выше, чем в азоте, поскольку какое-то количество кислорода в нем содержится. Но она намного уступает производительности в кислородной среде. Удлинившийся по времени процесс увеличивает затраты электроэнергии, а вместе с ней и стоимость обработки.

Во-вторых, воздух нуждается в фильтрации. Пары масла и капли влаги негативно влияют на защитные стекла лазерных излучателей. Это требует регулярной замены фильтров, а иногда и очистки всей магистрали, если она все же засорилась, что связано с дополнительными затратами.

В-третьих, давление воздуха в станке должно составлять 1,6–1,8 МПа. Чтобы получить его после всех систем очистки и фильтрации, на входе компрессор должен накачивать 20 —25 МПа. Такой агрегат стоит серьезных денег. Операционные платежи при использовании воздуха, конечно меньше, чем при использовании газов. Но тут необходимо взвесить, насколько быстро окупятся первоначальные вложения.

Получается, что воздух все же не бесплатен, помимо текущих расходов требует серьезных разовых вложений. В воздушной среде можно резать материалы толщиной не больше 1,5 мм. При раскрое нержавеющей стали кромка желтеет, такое действие оказывает содержащийся в воздухе кислород. Если предполагается работать с разными металлами, лучше использовать газы.

Каким должно быть давление газа при лазерной резке металла

Азот и кислород подаются в рабочую голову от баллона через редуктор. Для корректной работы на кислороде необходимо точно и оперативно регулировать давление, для чего станки Rabbit и Elixmate оборудуются специальным регулятором давления SMC японского производства.

В первой фазе процесса резки лазерный луч должен пробить металл насквозь, для этого необходимо поддерживать давление в диапазоне 0,15 – 0,2 МПа. В дальнейшем поддерживается давление 0,5–0,6 МПа, и этот перепад обеспечивает регулятор давления. Когда нет угрозы разбрызгивания расплавленного металла, и пробивать и резать металл можно при более высоком, но одинаковым давлением газа. Следует помнить, что на регулятор нельзя подавать давление, превышающее 1 МПа. Он или сбросит избыток, или выйдет из строя.

При использовании азота нормальное давление составляет 1,6–1,8 МПа, то есть в 3 раза больше, чем расход кислорода. Этим и обусловлена дешевизна кислородной резки. Но при использовании кислорода необходимо точно настраивать оборудование и параметры процесса. Даже небольшие отклонения приводят к существенному ухудшению качества реза.

В чем хранится газ

Газ поставляется в следующих емкостях:

• баллоны по 40 или 70 л. Это не самый оптимальный вариант, такие баллоны приходится часто менять;
• матрица баллонов — представляет собой 25 единиц, обвязанных шлангами. Такого количества хватает на длительное время, но возникают сложности заправкой и транспортировкой, они занимают много места;
• газификатор — сосуд увеличенной емкости, в котором газ содержится в сжиженном виде. Это наиболее предпочтительный вариант, поскольку такой газ чище и его расход меньше.

Не стоит гнаться за сверхчистым газом, с большим количеством девяток после запятой. Достаточно иметь степень очистки 99,99%.

Специалисты компании ALL-READY обладают большим опытом настройки лазерных станков, оптимизации процесса обработки. Если вы запишетесь на трехдневные курсы, все непонятные термины и параметры перестанут быть загадкой, станут ясны все нюансы работы с лазерным оборудованием для резки металла.

Источник

Как резать лазером медь и другие светоотражающие металлы?

Лазерная резка низкоуглеродистой и нержавеющей стали имеет долгую историю и является одним из применений CO2-лазеров. Однако CO2-лазеры традиционно не являются хорошим решением для резки материалов с высокой отражательной способностью.

Длина волны излучения волоконных лазеров составляет около 1,07 мкм, по сравнению с 10,6 мкм у традиционных альтернатив CO2. Лазерный свет с длиной волны 1,07 мкм не только меньше отражается и, следовательно, легче поглощается, но и более короткая длина волны может быть сфокусирована в пятно, диаметр которого составляет примерно 1/10 диаметра луча CO2. Это обеспечивает значительно более высокую плотность мощности, что облегчает проникновение в металл. При таких высоких уровнях плотности мощности металлы, такие как медь и латунь, быстро проходят через фазовый переход в расплавленное состояние, поэтому лазерный луч быстро преодолевает барьер отражения таких металлов для начала эффективного процесса резки. Резка таких металлов оказалась сложной при использовании CO2-лазеров.

Какие металлы отражают при лазерной резке?

Медь, латунь, бронза, серебро, золото и алюминий в твердом состоянии хорошо отражают инфракрасный свет. Алюминий, однако, не считается отражающим металлом для практических целей резки волоконным лазером .

Почему лазерная резка латуни и меди настолько сложна?

• Низкое поглощение инфракрасного лазерного излучения затрудняет резку этих металлов;
• Медь и латунь (медно-цинковый сплав) являются хорошими отражателями (и, следовательно, плохими поглотителями) инфракрасного (ИК) лазерного света, особенно в твердом состоянии;
• Чистая медь в твердом состоянии отражает> 95% ближнего ИК-излучения (длина волны

1 мкм);
Отражательная способность меди и других отражающих металлов уменьшается, когда металл нагревается, и резко падает, когда материал плавится (например, до 2

Источник

Азот и кислород в лазерной резке

С чего все начинается?

Поиск лазерного станка начинается с выбора типа и толщины металла, который необходимо обработать. После уточнения всех параметров Клиент получает долгожданный станок, но зачастую многие забывают о том, что станок необходимо обеспечить подачей вспомогательного газа (азота, кислорода или воздуха).

Сегодня мы подробнее остановимся о том, какое оборудование следует приобрести для обеспечения вспомогательным газом лазерного станка.

Но сначала немного теории

Когда речь заходит о качестве газа, то как правило, говорят о процентном содержании основной молекулы в газе. Для азота и кислорода чистота, как правило, составляет 99% и несколько важных цифр после десятичной запятой. Соответственно, чем выше цифра по сле запятой — тем выше чистота (концентрация) газа. Таким образом, мы получаем всем знакомую систему записи чистоты газа, состоящую из N , X , Y , где Х — общее количество «девяток» в проценте чистоты, Y — последняя значащая цифра цифра после десятичной запятой в процентной записи:

Лазерная резка с использованием азота

Основную роль для достижения максимальной скорости при наилучшем качестве в лазерной резке с использование вспомогательного газа азота играют мощность лазерного излучения, диаметр фокального пятна и качество пучка. Азот используется для «выдувания» расплавленного металла из зоны резки и защиты металла от окисления.

Применение азота целесообразно, если окисление разрезаемого металла недопустимо, или по крайней мере нежелательно. Именно поэтому в технологическом процессе важно использование азота более высокой концентрации, так как даже малейшее присутствие кислорода может негативно сказаться на финальной заготовке. Хорошим маркером, говорящим о низкой концентрации используемого азота, является изменение цвета конечного среза.

Также стоит учитывать, что для достижения более качественного результата используется азот высокого давления (до 40 бар).

Лучшим решением для получения газообразного азота является адсорбционная азотная станция серии АВС. Из прошлых статей мы знаем, что мембранная технология не подходит для получения азота, с концентрацией выше 99.6%.

Для получения азота высокого давления используется азотный поршневой компрессор, диапазон сжатия которого от 15 до 40 бар. На популярных лазерных станках Trumph используется давление азота, не превыщающее 30-35 бар.

Однако существует множество нюансов, связанных с подбором азотной станции. Самая популярная ошибка, допускаемая инженерами, отвечающими за подбор адсорбционной азотной станции с дожимным компрессором высокого давления, состоит в следующем (расскажем на реальном примере):

Клиенту требуется 32 нм 3 /ч газообразного азота, концентрацией 99.9995%, давлением 30 бар.

После запуска станции выходные параметры строго соответствуют входному техническому заданию, однако после запуска лазерного станка происходит падение давления азота на входе в станок, и, как следствие, падение концентрации продуктового азота на выходе из азотной установки, что непременно ведет к ухудшению реза.

Чтобы такой ситуации не происходило, необходимо изначально учитывать, что каждому дожимному компрессору необходим буферный объем. Простыми словами, после дожимного компрессора необходимо установить несколько азотных ресиверов, объемом 0.25 нм 3 , рабочим давлением 40 бар (соответствующие ресиверы не попадают под регистрацию в Ростехнадзоре), либо подключить несколько газовых баллонов высокого давления (в конкретном случае необходимо установить 4 ресивера, либо моноблок из 16-20 баллонов). Таким образом решается несколько проблем, связанных с постоянной работой дожимного компрессора (любое оборудование, работающее на износ, требует повышенных затрат на обслуживание), а также появляется запасной объем продуктового азота, который будет выполнять роль буфера во время работы всей системы.

Преимущество лазерной резки с использованием азота — в отсутствии окислительных и экзотермических реакций (выделении большого количества тепла). Скорость реза при этом невелика, а также требуется более высокое давление сопутствующего газа. Металл не испарятся, а только плавится, что позволяет делать более качественный продукт.

Источник

Основы лазерной резки — знания, которые вам пригодятся

Лазеры впервые были использованы для резки в 1970-х годах.

В современном промышленном производстве лазерная резка более широко применяется в обработке листового металла, пластмасс, стекла, керамики, полупроводников и таких материалов, как текстиль, дерево и бумага.

В ближайшие несколько лет применение лазерной резки в прецизионной обработке и микрообработке также получит значительный рост.

Во-первых, давайте посмотрим, как работает лазерная резка.

Когда сфокусированный лазерный луч попадает на заготовку, область облучения быстро нагревается, расплавляя или испаряя материал.

Как только лазерный луч проникает в заготовку, начинается процесс резки: лазерный луч движется по контуру и расплавляет материал.

Обычно для удаления расплава из разреза используется струйный поток, оставляя узкий зазор между режущей частью и рамой.

Узкие швы получаются почти такой же ширины, как и сфокусированный лазерный луч.

Примечание: данная статья является переводом

Газовая резка

Газовая резка — это стандартная техника, используемая для резки низкоуглеродистой стали. В качестве режущего газа используется кислород.

Перед вдуванием в разрез давление кислорода повышается до 6 бар. Там нагретый металл вступает в реакцию с кислородом: он начинает гореть и окисляться.

В результате химической реакции высвобождается большое количество энергии (в пять раз больше энергии лазера).

Рис.1 Лазерный луч плавит заготовку, а режущий газ сдувает расплавленный материал и шлак в зоне разреза

Резка плавлением

Резка плавлением — это еще один стандартный процесс, используемый при резке металла, который также может применяться для резки других легкоплавких материалов, например, керамики.

В качестве газа для резки используется азот или аргон, а воздух под давлением 2-20 бар продувается через разрез.

Аргон и азот являются инертными газами, что означает, что они не вступают в реакцию с расплавленным металлом в надрезе, а просто выдувают его на дно.

Между тем, инертный газ может защитить режущую кромку от окисления воздухом.

Резка сжатым воздухом

Сжатый воздух также можно использовать для резки тонких листов.

Давления воздуха, увеличенного до 5-6 бар, достаточно, чтобы сдуть расплавленный металл в разрезе.

Поскольку почти 80% воздуха — это азот, резка сжатым воздухом — это, по сути, резка плавлением.

Плазменная резка

Если параметры выбраны правильно, то в разрезе плазменной резки с применением плазменного наплавления появляются плазменные облака.

Плазменное облако состоит из ионизированного пара металла и ионизированного газа для резки.

Плазменное облако поглощает энергию CO2-лазера и переводит ее в заготовку, позволяя соединить больше энергии с заготовкой, что позволяет быстрее плавить металл и ускоряет процесс резки.

Поэтому процесс резки также называют высокоскоростной плазменной резкой.

Плазменное облако фактически прозрачно для твердого лазера, поэтому плазменная резка может использоваться только при лазерной резке CO2.

Газифицирующая резка

Газифицирующая резка испаряет материал и минимизирует тепловое воздействие на окружающий материал.

Использование непрерывной обработки CO2-лазером для испарения материалов с низким тепловыделением и высоким поглощением позволяет достичь вышеуказанных эффектов, например, тонкой пластиковой пленки и неплавящихся материалов, таких как дерево, бумага и пенопласт.

Ультракороткоимпульсный лазер позволяет применить эту технику к другим материалам.

Свободные электроны в металле поглощают лазер и резко нагреваются.

Лазерный импульс не вступает в реакцию с расплавленными частицами и плазмой, и материал сублимируется напрямую, не успевая передать энергию окружающему материалу в виде тепла.

В материале для пикосекундной импульсной абляции нет явного теплового эффекта, нет плавления и образования заусенцев.

Рис.3 Газификационная резка: лазер заставляет материал испаряться и гореть. Давление пара вытягивает шлак из разреза

На процесс лазерной резки влияют многие параметры, некоторые из которых зависят от технических характеристик лазерного генератора и станка для лазерной резки, а другие варьируются.

Степень поляризации

Степень поляризации показывает, какой процент лазера преобразуется.

Типичная степень поляризации составляет около 90%. Этого достаточно для высококачественной резки.

Диаметр фокусировки

Диаметр фокуса влияет на ширину разреза и может изменяться путем изменения фокусного расстояния фокусирующей линзы. Меньший диаметр фокуса означает более узкие разрезы.

Фокусное положение

Положение фокуса определяет диаметр луча, плотность мощности и форму надреза на поверхности заготовки.

Рис. 4 Положение фокуса: внутри, на поверхности и на восходящей стороне заготовки.

Мощность лазера

Мощность лазера должна соответствовать ьипу обработки, а также типу и толщине материала.

Мощность должна быть достаточно высокой, чтобы плотность мощности на заготовке превышала порог обработки.

Рис.5 Более высокая мощность лазера позволяет резать более толстый материал

Рабочий режим

Непрерывный режим в основном используется для резки стандартного контура металла и пластика толщиной от миллиметра до сантиметра.

Для выплавки отверстий или получения точных контуров используются низкочастотные импульсные лазеры.

Скорость резки

Мощность лазера и скорость резки должны соответствовать друг другу. Слишком высокая или слишком низкая скорость резки может привести к увеличению шероховатости и образованию грата.

Рис.6 Скорость резания уменьшается с увеличением толщины пластины

Диаметр сопла

Диаметр сопла определяет форму потока газа и воздушного потока из сопла.

Чем толще материал, тем больше диаметр газовой струи и, соответственно, больше диаметр отверстия сопла.

Чистота и давление газа

Кислород и азот часто используются в качестве газов для резки.

Чистота и давление газа влияют на эффект резки.

При резке кислородным пламенем чистота газа составляет 99,95 %.

Чем толще стальной лист, тем ниже давление газа.

При резке азотом чистота газа должна достигать 99,995 % (в идеале 99,999 %), что требует более высокого давления при плавлении и резке толстых стальных листов.

Технические параметры

На ранней стадии лазерной резки пользователь должен определить настройки параметров обработки путем пробной операции.

Теперь необходимые параметры обработки хранятся в управляющем устройстве системы резки.

Для каждого типа и толщины материала имеются соответствующие данные.

Технические параметры позволяют людям, не знакомым с технологией, беспрепятственно управлять оборудованием для лазерной резки.

Оценка качества резки

Существует множество критериев для определения качества кромок лазерной резки.

Например, стандарт формы грата, провисания и зернистости можно оценить невооруженным глазом.

Прямолинейность, шероховатость и ширина надреза должны быть измерены специальными приборами.

Осаждение материала, коррозия, область термического воздействия и деформация являются важными факторами для измерения качества лазерной резки.

Перспективы в будущем

Непрерывный успех лазерной резки находится за пределами досягаемости большинства других методов. Эта тенденция продолжается и сегодня. В будущем применение лазерной резки будет становиться все более и более перспективным.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Источник